Файл: Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности.pdf

нии на несколько порядков удельного сопротивления изоляции при кратковременном (десятки минут) нахождении ее под давлением 300 т 400 кгс;смг в установке, имитирующей эксп­ луатационные режимы каротажных кабелей [ 109 ], а также в первые 80 час. пребывания в воде под напряжением пере­ менного тока 250 и 500 в при 70°С [112].

Полиэтиленовая изоляция, облученная как в вакууме или в среде инертного газа -(-излучением Со-60 при неболь­ шой мощности дозы (~3000 р/мин.), так и на воздухе ус­ коренными электронами при сравнительно большой мощно­ сти дозы (~~75 Мрад'імин) за один проход, по стойкости к температурно-барическим нагрузкам, в том числе под на­ пряжением переменного электрического тока, превосходит изоляцию из фторлона-40111. Таким образом, облучение на воздухе при большой мощности дозы (электронные ускори­ тели) эквивалентно облучению в вакууме, поскольку доступ кислорода в объем изоляции лимитируется небольшой ско­ ростью диффузии его в полиэтилен, вследствие чего про­ цессы радиационного окисления и окислительной деструк­ ции развиваются только с участием кислорода, растворен­ ного в изоляции [ 185 ]. Облучение же на воздухе при срав­ нительно небольшой мощности дозы и, следовательно, боль­ шой экспозиции, необходимой для набора оптимальной дозы, сопровождается окислительными процессами с участием не только растворенного в изоляции, но и окружающего ее кислорода (воздуха).

Облучение при большой мощности дозы может при­ вести к заметному радиационному окислению объема изо­ ляции вследствие ионизации воздушных включений в нем, в промежутках между проволоками жилы, а также между жилой и изоляцией, сопровождающейся образованием озона, который вступает во взаимодействие с образующимися при облучении двойными связями. Кроме того, не исключена ве­ роятность микропрожогов, обусловленных образованием в отдельных местах изоляции при облучении ее мощными пучками температурных пиков. Видимо, малая теплопровод­ ность изоляции способствует локализации этих пиков.

Первые работы по применению радиационных методов повышения термостойкости полиэтиленовой изоляции гео­ физических кабелей проведены в период 1963—1966 гг. В настоящее время кабели с радиационно-модифицированной полиэтиленовой изоляцией изготавливаются в опытно-серий­ ных партиях по различным технологическим схемам ТашНИКИ и заводом „Ташкенткабель“ совместно с ВНИИКП и ИЯФ АН УзССР. Радиационная обработка полиэтилено­ вой изоляции геофизических кабелей производится f -излу­

226

чением Со-60 (средняя энергия 1,25 Мэв) или ускоренными электронами (энергия порядка 1,5—2 Мэв).

Глубина проникновения электронного излучения в веще­ ство пропорциональна его энергии:

р — плотность вещества, г/см3.

Глубина проникновения электронного излучения с энер­

изоляции. Производительность облучения электронным пуч-

другого источника излучения. Так, для ^-излучения изотоп­ ного источника он составляет 0,15 4-0,3. Один млн. кюри в

же мощности — свыше 500 тыс. руб. Затраты на помещение для ускорителя также в несколько раз меньше, чем для изотопного источника, а стоимость 1 квт-ч в электронном пучке падает с увеличением общей мощности ускорителя. Поэтому электронное излучение более чем на порядок де­ шевле изотопного [ 2 ].

Преимущества электронного варианта облучения выра­ жаются в возможности получения большой производитель­ ности радиационно-химического процесса за счет большой силы тока в пучке и возможности облучения изоляции в динамическом режиме (на проход), а также совмещения в одном технологическом потоке операций изолирования и об­ лучения. Кроме того, при электронном облучении отсутст­ вует неравномерность поля поглощенных доз по длине об­ лучаемой жилы. Учитывая высокий к.п.д. ускорителей элек­ тронов, а также малый вес изоляции в бронированных кабелях для геофизических работ, составляющий незначи­ тельную часть от общего веса кабеля, следует ожидать, что при серийном производстве удорожание кабелей вследст­ вие радиационной обработки не будет превышать 3—4%. При этом нужно иметь в виду, что радиационная обработ-

227

ка изоляции по существу не столько улучшает характе­ ристику исходного изделия, сколько способствует получению нового кабеля с уникальными свойствами, обладающего большим ресурсом работы и эксплуатационной надежностью при значительно более высоких эксплуатационных парамет­ рах—температуре и давлении, чем кабель с необлученной полиэтиленовой изоляцией.

Недостатки электронного варианта облучения заключа­ ются в необходимости многократной перемотки изолирован­ ной жилы через ролики для накопления необходимой ин­ тегральной дозы (при небольшой мощности), трудности по­ лучения равномерности поля доз в изоляции (в радиальном

' Облучение на ускорителях производится обычно (за ис­ ключением коаксиального) на воздухе или в токе инертного газа, на изотопных установках—в герметичных облучательных камерах, заполненных инертным газом (аргон, гелий) или в вакууме.

Преимущества изотопного варианта облучения выража­ ются в равномерности поля поглощенных доз по толщине изо­ ляции, отсутствии многочисленных перемоток жил, отрица­ тельно сказывающихся на свойствах изоляции, высокой экс­ плуатационной надежности и конструктивной простоте уста­ новок. Отрицательными же сторонами являются постоянная радиационная опасность и возможность радиоактивного загряз­ нения воздуха, трудность получения высокой мощности до­ зы и равномерности изодозного поля в больших объемах, не­ обходимость восполнения естественной убыли радиоактив­ ных элементов вследствие их распада, сравнительно низкая производительность процесса облучения из-за обычно малой интенсивности излучения. В случае, если интенсивность из­ лучения велика, производительность процесса ограничивает­ ся недопустимо высоким радиационным разогревом токопро­ водящей жилы и изоляции и обусловленной им необходи­ мостью постадийного проведения облучения.

Рассмотрим некоторые радиационно-химические аппара­

22Н

Рис, 34. Схема облучения изоляции на ускорителе типа ЭлТ.

тоящее время—с сильноточным ускорителем трансформа­ торного типа ЭлТ-1,5 ВНИИКП (рис. 34, 35) с мощностью дозы до 2 000 MpadjMUH. Для равномерного облучения все­ го объема изоляции и получения заданной дозы изолиро­ ванную жилу многократно перематывают через ролики (при облучении на ускорителе У-16—до 2 0 раз).

Основные особенности схемы ускорителя ЭлТ заключа­ ются в следующем. Первичная обмотка резонансного транс­ форматора включается в сеть промышленной частоты, вто­ ричная нагружена на ускорительную трубку, ток в которой может регулироваться. Обе обмотки расположены коаксиально, магнитопровод изготавливается из обычного трансформа­ торного железа. Равномерный градиент электрического нап­ ряжения вдоль центральной колонны магнитопровода разбит на изолированные друг от друга диски 3, обеспечивается уста­ новкой на высоковольтном конце конденсаторной батареи 12, которая подключается к части витков вторичной обмотки. Ус­ корительная трубка встроена в трансформатор вдоль его маг­ нитной оси и для разноса напряжения имеет контакты с дисками магнитопровода [ 1 ]. Приведем некоторые харак­ теристики ускорителей трансформаторного типа (табл. 24).

Время набора необходимой дозы при прочих равных условиях обратно пропорционально скорости прохождения жилы под пучком. Однако при облучении изоляции на ус­ корителях нижний предел скорости лимитируется радиаци­ онным разогревом жилы, который не должен превышать 50°С (считая максимально допустимой температурой ПЭ 70°С). При мощности дозы облучения 30 MpadjceK (ЭлТ- 1,5) нижний предел скорости составляет 12 м)мин [20]. На базе этих ускорителей планируется производство кабелей с изоляцией из РМПЭ для нефте-газовой промышленности.

* В скобках дана импульсная мощность.

Весьма перспективен для радиационной обработки изо­ ляции кабельных изделий, в том числе геофизических, по

231